Какова сила землетрясения

Магниту́да землетрясе́ния — величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн. Первоначальная шкала магнитуды была предложена Рихтером в 1935, поэтому в обиходе значение магнитуды ошибочно называют шкалой Рихтера.

Магниту́да землетрясе́ния — величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн. Первоначальная шкала магнитуды была предложена американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды называют шкалой Рихтера.

Когда происходят крупные землетрясения, новости пестрят словами, которые не всем понятны: «магнитуда», «сейсмическая активность», «рои» и тому подобное. Объясняем термины, и разбираемся можно ли предсказать землетрясения

Волна землетрясений прошла по миру. Самое мощное было зафиксировано в Турции. В стране землетрясения произошли в ночь на 6 февраля. Ученые сообщили о двух толчках магнитудой 7,7. Президент Турции Реджеп Тайип Эрдоган заявил, что это самое крупное стихийное бедствие в стране с 1939 года.

Удар пришелся и на Сирию, где из-за землетрясения погибли более 1000 человек. Подземные толчки также ощущались в Израиле, Ливане, Ираке, на Кипре, в России и в Гренландии. Во вторник, 7 февраля, сильнейшее за последние 40 лет землетрясение произошло в одном из штатов США. Разберемся, что такое землетрясения, где они обычно происходят и каковы их последствия.

• Интенсивность землетрясений
• Шкалы величин
• Землетрясения
• А как насчет Украины?
• Где следить за землетрясениями

Серия мощных землетрясений в Турции вызвала волну интереса к «прикладной сейсмологии». Украинцы стали вспоминать землетрясения 1977, 1986, 1990 и 2004 годов, которые ощущались даже в центральной Украине. Но оказалось, что многие, особенно наши СМИ и «лидеры мнений», не понимают разницы между оценкой землетрясения по шкале интенсивности и измерением силы землетрясений по магнитуде. Тот факт, что и первой, и второй шкалы несколько вариантов и разные страны используют разные стандарты, вносит дополнительную путаницу. Будем разбираться!

Почему происходят землетрясения

Земная кора разбита на несколько больших тектонических плит, которые плавают на полужидкой мантии под ними. В основном землетрясения происходят в результате движения этих плит. Когда они движутся друг на друга, возникает огромное давление. В какой-то момент плиты соскальзывают, высвобождая энергию в виде сейсмических волн, которые мы воспринимаем как землетрясение.

Во время землетрясения движение тектонических плит может колебаться от всего нескольких миллиметров до метров. Магнитуда землетрясения определяется величиной смещения, которое происходит вдоль разлома, причем более крупные землетрясения соответствуют большему скольжению. Однако даже небольшие перемещения могут нанести значительный ущерб, если землетрясение происходит в густонаселенном районе и/или условия грунта усиливают сейсмические волны.

Причины возникновения землетрясений

Землетрясения бывают нескольких видов – тектоническими, вулканическими, обвальными, техногенными, подводными и искусственными. Отсюда и идут причины их возникновений. Тектонические происходят из-за резких смещений горных плит или из-за ухода океанической платформы под материк. Причина вулканических – давление потоков лавы и газов в недрах вулкана на поверхность Земли.

По землей могут образовываться пустоты. Они чаще всего появляются под воздействием грунтовых вод или подземных рек. В результате, образуется разлом. В этом месте земля не выдерживает собственной тяжести и обрушается, что приводит к небольшому землетрясению – обвальному.

В некоторых случаях землетрясения случаются в результате деятельности человека, которая влечет за собой ослабление горных пород. В этом случае речь идет о техногенном землетрясении. Чаще всего они бывают в местах добычи нефти и газа, а также в местах расположения шахт.

Бывают и подводные землетрясения. Это происходит в результате смещения морского дна, то есть один участок поднимается, а второй опускается. В этом случае часто на поверхность земли обрушиваются цунами. Спрогнозировать их образование можно за несколько часов с помощью сейсмических приборов. При запуске ракет или бурении скважин могут быть искусственные землетрясения.

Различают магнитудную шкалу Рихтера и 12-балльную макросейсмическую шкалу. Слово «баллы» к шкале Рихтера применять неправильно — правильно говорить «землетрясение магнитудой 5 единиц» или «землетрясение в 5 магнитуд по шкале Рихтера».

Магнитуда землетрясения — величина, характеризующая энергию, выделившуюся в эпицентре землетрясения в виде сейсмических волн. Шкала предложена американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году, это десятичный логарифм перемещения иглы стандартного сейсмографа, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра.

Увеличение магнитуды на 1 единицу соответствует увеличению энергии землетрясения примерно в 32 раза. На планете Земля магнитуда по шкале Рихтера не может быть более 9 единиц — это обусловлено физическими параметрами строения земной коры.

Шкала Рихтера и последствия удара на поверхности соотносятся условно:

2 — самые слабые ощущаемые толчки;

4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;

6 — умеренные разрушения;

8,5 — самые сильные из известных землетрясений.

Если магнитуда землетрясения фиксируется сейсмостанциями на большом удалении от эпицентра, то характер последствий землетрясений по макросейсмической 12-бальной шкале в конкретной местности определяется сейсмологами визуально и методом опроса очевидцев. Шкала Рихтера и балльность по макросейсмической шкале отличаются на 2-3, иногда 4 единицы в сторону увеличения.

Ссылки

.
.

Частота землетрясений разной магнитуды

За год на Земле происходит примерно

• 1 землетрясение с магнитудой 8,0 и выше;
• 10 — с магнитудой 7,0—7,9;
• 100 — с магнитудой 6,0—6,9;
• 1000 — с магнитудой 5,0—5,9.

Сильнейшее зарегистрированное землетрясение произошло в Чили в 1960 — по более поздним оценкам, магнитуда Канамори составляла 9,5. Считается, что землетрясения на Земле не могут иметь магнитуду существенно выше 9,5, поскольку горные породы не могут накопить больше энергии без разрушения. Сейсмические события с большей энергией могут быть вызваны ударом метеорита.

Энергия землетрясения

В каком-то смысле различные способы измерения магнитуды землетрясений являются приближениями к «идеальной» энергетической шкале:

где E — энергия землетрясения в джоулях.

Сейсмическая энергия, выделяемая при ядерном взрыве мощностью 1 мегатонна, эквивалентна землетрясению с магнитудой около 6,0. Стоит заметить, что только небольшая часть энергии взрыва преобразуется в сейсмические колебания.

Сейсмический момент и шкала Канамори

Сейсмический момент землетрясения определяется как

• — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;
• — площадь, на которой замечены геологические разломы;
• — среднее смещение вдоль разломов.

Таким образом, в единицах СИ сейсмический момент имеет размерность Па × м² × м = Н × м.

Магнитуда по Канамори определяется как

Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при

и лучше подходит для оценки крупных землетрясений.

Шкала Рихтера

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра:

где  — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна

то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.

Эта шкала имела несколько существенных недостатков:

• Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.
• Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.

В течение следующих нескольких десятков лет шкала Рихтера уточнялась и приводилась в соответствие с новыми наблюдениями. Сейчас существует несколько производных шкал, самыми важными из которых являются:

Магнитуда объёмных волн

где  — амплитуда колебаний земли (в микрометрах),  — период волны (в секундах), и  — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра и глубины очага землетрясения .

Магнитуда поверхностных волн

Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при ~ 8 наступает насыщение.

Кто исследует землетрясения

Существует множество компаний и организаций, которые занимаются исследованиями землетрясений — как частные, так и государственные.

• Геологическая служба США (USGS) — научное агентство правительства США, которое предоставляет информацию о землетрясениях и других стихийных бедствиях. Геологическая служба США управляет Передовой национальной сейсмической системой (ANSS), национальной сетью сейсмических приборов, которые отслеживают землетрясения в США.
• Обсерватория Земли Ламонт-Доэрти — исследовательское подразделение Колумбийского университета, специализирующееся на науках о земле и окружающей среде, включая исследования землетрясений.
• Калифорнийский технологический институт (Калтех) — ведущий исследовательский университет, где находится сейсмологическая лаборатория, которая проводит исследования землетрясений и оценку сейсмической опасности.
• Японское метеорологическое агентство (JMA) — национальное метеорологическое агентство Японии, отвечает за мониторинг землетрясений и их исследования в Японии.
• Научно-геологические компании, такие как Schlumberger, Halliburton и CGG — используют методы сейсмической съемки для изучения подповерхностной структуры Земли.
• Инженерные и консалтинговые компании, такие как Arup, MWH Global и GHD — специализируются на оценке сейсмической опасности и снижении рисков, а также на сейсмостойком проектировании и модернизации зданий.
• Технологические компании, такие как Early Warning Labs, ShakeAlert и MyShake — разрабатывают и внедряют системы раннего предупреждения землетрясений, используя сочетание сенсорных сетей, машинного обучения и других передовых технологий.

В России работают несколько организаций, которые занимаются исследованиями и мониторингом землетрясений.

• Институт физики Земли — ведущий российский научно-исследовательский институт, специализирующийся на геофизике, в том числе на изучении землетрясений.
• Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) — государственное учреждение, ответственное за мониторинг и прогнозирование опасных природных явлений, включая землетрясения.
• Институт динамики геосфер — научно-исследовательский институт РАН, который специализируется на геодинамике, сейсмологии и изучении землетрясений.
• Дальневосточное отделение РАН — филиал Российской академии наук, который проводит исследования в различных областях, включая сейсмологию и изучение землетрясений в Дальневосточном регионе.

Как предсказать землетрясение

В настоящее время ученые не в состоянии точно предсказывать землетрясения. Существуют методы обнаружения изменения сейсмической активности и деформаций в земной коре, которые могут указывать на повышенную вероятность землетрясения, но на основе этих методов нельзя сказать его точное время или место.

Основное внимание в настоящее время во всем мире уделяется совершенствованию систем раннего предупреждения, а также подготовке и повышению осведомленности населения. Системы раннего предупреждения используют сети сейсмического мониторинга для обнаружения начала землетрясения и быстрой выдачи предупреждений тем, кто находится в пострадавшем районе, позволяя им принять защитные меры до начала сильного сотрясения.

В качестве инструмента для прогнозирования землетрясений и систем раннего предупреждения сейчас активно рассматривают (но пока широко не используют) нейросети. Алгоритмы искусственного интеллекта, такие как машинное и глубокое обучение, можно обучить на исторических сейсмических данных для выявления закономерностей и составления прогнозов о будущих землетрясениях. Эти алгоритмы также можно использовать для анализа сейсмических данных в реальном времени. Однако точность прогнозирования землетрясений на основе ИИ все еще ограничена. Множество факторов усложняют прогнозирование землетрясений, включая ограниченный набор данных, доступных для обучения, нелинейный и хаотический характер землетрясений и влияние человеческой деятельности на измерения.

где  — энергия землетрясения в джоулях.

Сейсмическая энергия, выделяемая при ядерном взрыве мощностью в 1 мегатонну (1 мегатонна = 4,184·1015 Дж), эквивалентна землетрясению с магнитудой около 7. Стоит заметить, что только небольшая часть энергии взрыва преобразуется в сейсмические колебания.

Где следить за землетрясениями

Но, по крайней мере, в Google! Если сделать поисковый запрос со словом «землетрясение», то поиск отобразит перед другими результатами отдельные данные о последних крупнейших землетрясениях. Если уточнить запрос, например, «землетрясение в Турции» информация будет более подробной.

Есть карта землетрясений, кроме того с подробностями о Европе, на сайте Европейского средиземноморского сейсмологического центра. Но это немного неудобно и устарело с точки зрения пользовательского интерфейса.

И, наконец, вот видео 120 лет землетрясений из Тихоокеанского центра предупреждения о цунами. На видео показаны все землетрясения магнитудой более 6,5 с 1901 по 2020 год, и их цунами, конечно.

И мы надеемся, что эта статья немного успокоит граждан Украины и научит их отличать предполагаемую интенсивность землетрясения от измеренной магнитуды землетрясения. Поверьте, землетрясения сейчас не самая большая наша проблема.

Виды землетрясений

• Тектонические землетрясения — возникают в результате движения и взаимодействия тектонических плит. Они являются наиболее распространенным типом землетрясений и могут произойти в любой точке мира.
• Вулканические землетрясения — происходят в результате вулканической активности, такой как движение магмы или обрушение вулканического конуса. Чаще всего они встречаются вблизи активных или потенциально активных вулканических районов.
• Обвальные землетрясения — случаются в результате обрушения подземных шахт, подземных полостей или других искусственных сооружений.
• Взрывные землетрясения — происходят в результате искусственных взрывов, таких как ядерные испытания или взрывные работы в карьерах.
• Оползневые землетрясения — происходят в результате перемещения больших масс камня, земли или других материалов вниз по склону.
• Рои землетрясений — последовательности землетрясений, которые происходят в определенной области в течение короткого периода времени (1–15 дней). Они часто связаны с вулканической или геотермальной активностью.

За год на Земле происходит примерно:

• 1 землетрясение с магнитудой 8,0 и выше;
• 10 — с магнитудой 7,0—7,9;
• 100 — с магнитудой 6,0—6,9;
• 1000 — с магнитудой 5,0—5,9.

Сильнейшее зарегистрированное землетрясение произошло в Чили в 1960 году — по более поздним оценкам, магнитуда Канамори составляла 9,5.

Интенсивность землетрясений

Интенсивность землетрясения – это оценочная сила явления, которая «измеряется» его воздействием на поверхность земли, людей и сооружений. Интенсивность оценивается по последствиям визуально и/или по опросу очевидцев. Это оценочная и неточная шкала и она чаще всего используется обычными СМИ.

Например, если привязать к Европейской макросейсмической шкале (EMS-98), которая была принята в 1998 году, то если власти и жители сообщают о легких повреждениях зданий, то есть трещинах в штукатурке и падении мелких объектов, то это 6-точечное землетрясение. Но если большинство предметов падает с полок, на стенах появляются небольшие трещины, а часть дымоходов разваливается – это уже 7 баллов. Но размер трещин или количество упавших предметов – это относительные значения, каждый воспринимает их лично. Что для одного маленькая трещина в штукатурке, для другого уже большой ущерб его уютному дому.

В европейской макросейсмической шкале – 12 баллов. Согласно ему, недавнее землетрясение в Турции тянет 9 баллов, это разрушительное землетрясение – падают памятники и колонны; Многие здания частично разрушены, некоторые полностью.

В СССР использовалась шкала Медведева-Шпонхойера-Карника (МСК-64), принятая на вооружение в 1964 году. Также по нему оценивались и «украинские» (цитаты здесь, потому что эти землетрясения происходили за пределами Украины, мы слышали только отзывы) землетрясения 1977, 1986, 1990 и, скорее всего, 2004 годов. Это тоже 12-балльная, а также шкала оценки.

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника привязана к некоторым устаревшим понятиям, которые сегодня уже не актуальны. Например, перед остановкой маятника часов на стене или на полу (у кого-нибудь еще такие часы?), к кривизне деревянных домов (реалии СССР/России), искажению железнодорожных рельсов и т.д. Все русскоязычные СМИ, даже в Украине, продолжают использовать эту устаревшую шкалу. По шкале Медведева-Шпонхойера-Карника землетрясение в Турции составляет нечто среднее между 9 и 10 баллами. Разрушительное или разрушительное землетрясение.

Но Япония, которая, кстати, страдает от землетрясений больше, чем Европа, СССР или США, использует свою 10-балльную шкалу сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства (JMA), но предельное значение в ней составляет 7 баллов, потому что она начинается с 0 баллов, и содержит еще 5-балльные, 5+ баллов, 6- и 6+. То есть, если в Европе 7 баллов – это «много людей напуганы и у них заканчиваются здания», то 7 баллов в Японии – это тотальное разрушение. По шкале JMA турецкое землетрясение составляет 6-/6+ баллов, четкой аналогии нет.

В Украине используется 12-балльная шкала сейсмической интенсивности по ДСТУ Б В.1.1-28:2010. Такая сейсмическая шкала была разработана в связи с отменой шкалы МСК-64 в Украине и необходимостью адаптации к европейской макросейсмической шкале EMS-98. Представлен в 2011 году.

Давайте упростим. Если вы видите слово «точки» – это оценочная шкала интенсивности землетрясений, она очень приблизительная, в ней нет маленьких цифр, только цели, и такая шкала привязана к конкретной стране или региону.

Так, с расчетными масштабами землетрясения вычислили интенсивность. Перейдем к измерениям.

Классификация землетрясений

Работа барабанных сейсмографов

Землетрясения делят на несколько видов. Все зависит от от характера происхождения подземных толчков и глубины очага. Чем глубже находится эпицентр, тем сила колебаний меньше. По глубине возникновения землетрясения делят на три группы:

• глубокие – более 400 км;
• промежуточные – от 60 до 400 км;
• поверхностные – менее 60 км.

Землетрясения также делят на категории по интенсивности:

• слабые (1 – 3 балла);
• умеренные (4 балла);
• довольно сильные (5 баллов);
• сильные (6 баллов);
• очень сильные (7 баллов);
• разрушительные (8 баллов);
• опустошительные (9 баллов);
• уничтожающие (10 баллов);
• катастрофические (11 баллов);
• сильно катастрофические (12 баллов).

Последствия землетрясения

Последствия землетрясений обычно делят на две категории: влияющие на природу и влияющие на деятельность человека. К первой категории относят разжижение почвенных пластов, оползневые и селевые процессы, встряску грунтовых пластов,
образование трещин, цунами.

К последствиям, которые влияют на деятельность человека, относят разрушение зданий, наводнения из-за обрушения дамб, повреждения водопроводных линий, пожары, повреждения газопроводов, линий электропередачи, тепло- и водоснабжения, канализационной сети.

Что такое афтершоки

Афтершок (анг. aftershock) называют еще повторным толчком. Он происходит после основного и является меньшим по сравнению с ним. Сильные землетрясения сопровождаются многочисленными повторными толчками. Их количество и интенсивность со временем уменьшаются. Продолжительность проявления афтершоков может длиться месяцами.

Магнитуда землетрясения и балльная шкала интенсивности землетрясения

Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5) — магнитуды, которые вычисляются по колебаниям, регистрируемыми сейсмографом. Эту шкалу часто путают со шкалой интенсивности землетрясения в баллах (по 12-балльной системе), которая основана на внешних проявлениях подземного толчка (воздействие на людей, предметы, строения, природные объекты). Когда происходит землетрясение, то сначала становится известной именно его магнитуда, которая определяется по сейсмограммам, а не интенсивность, которая выясняется только спустя некоторое время, после получения информации о последствиях.

Правильное употребление: «землетрясение магнитудой 6,0».

Прежнее употребление: «землетрясение силой 6 баллов по шкале Рихтера».

Можно лишь удивляться, что такого мощного землетрясения в Турции не было раньше

Жертвами мощного землетрясения в Турции и Сирии стали тысячи человек, пострадавших – десятки тысяч. Серьезные разрушения в нескольких городах, сотни домов превратились в руины, в том числе жилые многоэтажи. Почему удары стихии с трудом поддаются прогнозированию и что им может противопоставить современная наука, в эфире «МИР 24» рассказал доктор физико-математических наук, заместитель директора Института физики земли РАН по инженерной сейсмологии и оценке сейсмической опасности Рубен Татевосян.

Землетрясение в Турции произошло 6 февраля в 4:17 по Москве на глубине семи километров, максимальная магнитуда составила 7,8. Можно ли это перевести в баллы?

— Магнитуда землетрясения и баллы характеризуют совершенно разные стороны землетрясения. Магнитуда не бывает максимальной или минимальной, она такая, какая есть, она характеризует очаг землетрясения. Баллы – это интенсивность землетрясения в данном конкретном месте, где, например, находится населенный пункт или человек. Разница между этими понятиями примерно такая же, как между мощностью лампочки и тем, как она освещает. Близко к лампочке, даже маломощной, вы видите значительно лучше, чем если вы будете смотреть на мощный источник света, но на большом удалении.

Магнитуда 7,8 – это величина, которая характеризует очаг землетрясения. Интенсивность сотрясения в эпицентральной зоне, то есть в зоне, наиболее близкой к очагу, составила, по разным оценкам, 9 баллов. При этом ощущалось это землетрясение на колоссальной территории, например, до Багдада. Это говорит о том, что это действительно очень сильное сейсмическое событие.

Есть свидетельства очевидцев. Одно из них, цитирую: «Нас как минимум три раза трясло очень сильно, как младенцев в кроватке». Другой очевидец говорит, что тряска продолжалась непрерывно около двух минут. Что может дать такая информация для понимания характера землетрясения?

— Если всерьез к этому относиться, то это очень отрывочные сведения для понимания характера землетрясения. Вообще оценка интенсивности землетрясения, его проявления в том или ином населенном пункте дается в макросейсмическом обследовании. Необходимы гораздо более полные данные, которые потом можно было бы подвергнуть статистической обработке.

Но при этом в последних сообщениях говорится, что разрушены сотни зданий.

— Совершенно верно. По информации о разрушениях можно оценить, что как минимум землетрясение в том месте, о котором вы говорите. Я просто не знаю, из какого населенного пункта вы это сообщение приводите, это как минимум 7 баллов. Скорее всего, было и более. Исходя из глубины очага и его магнитуды, можно оценить, что максимальные сотрясения могли достигать 9 баллов.

Нужно ли ожидать в ближайшее время повторных толчков в этих районах?

— Безусловно, они уже происходят, произошло огромное количество повторных толчков. Их называют афтершоки – это землетрясения, которые происходят после значительного сейсмического события. Как правило, афтершоковая серия длится довольно долго, месяцы. Но сильные афтершоки бывают в первые недели, дней через 10-15 после главного толчка. Их величина со временем спадает.

Уже прозвучало мнение, что это сильнейшее землетрясение за последние сто лет. Насколько это опасный район с точки зрения сейсмической активности?

— Это очень опасный район. Он находится в достаточно уникальном месте – сочленении трех крупных литосферных плит. Поэтому, конечно, с точки зрения ожидаемости это сейсмическое событие нельзя назвать чем-то невероятным и произошедшим на совершенно пустом месте. Как, например, землетрясения на Сахалине в Нефтегорске 27 мая 1995 года или Газлийские землетрясения. Считалось, что эти районы являются асейсмичными, но там произошли такие сильные события. Конечно, потом объяснили, почему именно так произошло, с какими структурами связаны эти землетрясения.

Здесь совершенно иной случай. Здесь больше можно удивляться тому, что так долго землетрясений не было.

Насколько велик был шанс спрогнозировать подземную бурю, что она произойдет именно в этом месте и плюс-минус в это время?

— Если речь идет о предсказании землетрясения в данном месте и времени, чтобы эвакуировать людей и принять другие экстренные меры, то, я думаю, что это туманная перспектива.

На объектах критической инфраструктуры обычно ведутся работы для оценки сейсмической опасности. Это когда вы не можете конкретно указать место и время возникновения будущего очага, но можете оценить, какие стоит ожидать сотрясения в данном месте.

Каким инструментарием сейчас пользуется сейсмология, как она предсказывает и изучает землетрясения? Что это: анализ огромного массива данных, датчики, которые фиксируют колебания Земли?

— Это довольно широкий арсенал средств. Если речь идет об анализе сейсмической опасности, то эта технология довольно неплохо разработана. Существуют определенные программные средства, но вы работаете в этом случае с какими-то модельными представлениями, которые должны по крайней мере отражать существенные природные свойства.

Вместе с тем, сейсмология занимается не только оценкой опасности, вопросами и прогнозами на далекую перспективу, но еще и изучением структуры Земли и ее строения, причем это происходит на очень разных уровнях. Конечно, основная информация поступает через специализированную сейсмологическую аппаратуру – это записи движения поверхности Земли, когда колебания возникают в результате землетрясения.

Но есть и описательная сейсмология. Дело в том, что инструментальность сейсмологии существует приблизительно сто лет. Макросейсмические исследования, которые позволяют строить исторические каталоги землетрясений, позволяют охватывать более продолжительные периоды времени. Понятно, чем более длительный интервал времени вы рассматриваете при оценке сейсмической опасности, тем более надежное заключение вы можете сделать.

Есть предположения, что для исследования землетрясений и, возможно, их предсказания можно использовать искусственный интеллект, который будет моментально собирать предсказания аппаратных средств и соотносить их с землетрясениями, которые уже происходили в этих местах. Тем самым находить некие аналогии и прогнозировать, что, возможно, скоро произойдет землетрясение. Что вы думаете об искусственном интеллекте в сейсмологии?

— Я буду избегать конкретных и определенных суждений, касающихся прогноза. Дело в том, что нет надежной теории и моделей, потому что это очень многофакторное явление. В основном пользуются статистическими методами.

В 1960-1970-е годы был энтузиазм и считалось, что можно наблюдать некие явления, которые назвали предвестниками землетрясения. Но потом этот энтузиазм потихоньку стих, потому что наблюдались любые комбинации. Нет предвестника – есть землетрясение, есть предвестник – нет землетрясения. Возможно, все это связано с тем, что, когда возникает землетрясение, мы находимся в критическом состоянии, которое трудно поддается прогнозу.

В 1977 Канамори предложил принципиально иную оценку интенсивности землетрясений, основанную на понятии сейсмического момента.

• μ — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;
• A — площадь, на которой замечены геологические разломы;
• u — среднее смещение вдоль разломов.

, где M0 — сейсмический момент, выраженный в Н × м.

Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при 3 < M < 7 и лучше подходит для оценки крупных землетрясений.

Как измеряют землетрясения в баллах

В разных странах принято по-разному оценивать интенсивность землетрясения.

• В России и некоторых других странах принята 12-балльная шкала Медведева — Шпонхойера — Карника.
• В Европе — 12-балльная Европейская макросейсмическая шкала.
• В США — 12-балльная модифицированная шкала Меркалли.
• В Японии — семибалльная шкала Японского метеорологического агентства.

Первую шкалу магнитуды землетрясений предложил американский сейсмолог Чарльз Рихтер в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды называют шкалой Рихтера. Шкала представляет собой логарифмическую шкалу, которая измеряет магнитуду землетрясений на основе амплитуды движения грунта, регистрируемой сейсмографами. Величина выражается в виде числа, причем каждое увеличение на единицу соответствует десятикратному увеличению движения грунта.

Сейсмограф — прибор, используемый для определения силы и направления и измерения землетрясения. Он состоит из сейсмометра — датчика, измеряющего движение грунта, — и устройства, которое записывает сигнал, производимый сейсмометром.

Проще говоря, сейсмограф подобен диктофону, который прослушивает землю и ведет запись. С той лишь разницей, что сейсмограф создает графический след волн землетрясения. Этот след затем можно проанализировать и определить величину и местоположение землетрясения.

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64) — это способ измерения интенсивности землетрясения, который представляет собой описание последствий подземных толчков на поверхности Земли и на искусственных сооружениях. Шкала была разработана в 1970-х годах советскими геологами и используется в основном на территории бывшего Советского Союза и Восточной Европы.

Шкала варьируется от 1 до 12, при этом каждое увеличение на одну единицу соответствует увеличению интенсивности землетрясения. Каждый из уровней описывает количество повреждений зданий и степень движения грунта. Информация, полученная с помощью этой шкалы, используется агентствами по управлению стихийными бедствиями для планирования мер реагирования и восстановления, а также для оценки потенциального воздействия землетрясения.

Как баллы MSK-64 соответствуют разрушениям на поверхности

• Не ощущается. Регистрируется только сейсмическими приборами.
• Очень слабые толчки. Замечают только некоторые люди, находящиеся в полном покое на верхних этажах зданий, и домашними животными.
• Слабое. Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение земли от проезжающего трамвая.
• Интенсивное. Большинство людей замечает такое землетрясение. Можно наблюдать легкое колебание или дребезжание предметов быта, оконных стекол. Могут скрипеть двери и/или стены.
• Довольно сильное. Ощущают многие даже вне зданий, а внутри — все. Шатается мебель, маятники часов останавливаются, могут появиться трещины в окнах и штукатурке.
• Сильное. Ощущается всеми. Предметы падают с полок, а картины — со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
• Очень сильное. Появляются трещины в стенах домов, есть видимые повреждения.
• Разрушительное. Образуются видимые трещины на крутых склонах и в сырой почве. Памятники сдвигаются, фабричные трубы не выдерживают и падают. Дома сильно повреждаются.
• Опустошительное. Сильно повреждаются или рушатся каменные и кирпичные постройки. У деревянных домов нарушается геометрия.
• Уничтожающее. Трещины в земле достигают ширины в метр. Возникают оползни и обвалы со склонов. Каменные здания рушатся. Ж/д рельсы искривляются.
• Катастрофа. Появляются большие трещины в поверхностных слоях земли. Возникают многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома и мосты почти полностью разрушаются.
• Сильная катастрофа. Огромные изменения в земной коре: многочисленные трещины, обвалы, оползни. Меняется рельеф: возникают водопады, запруды, течение рек отклоняется. Ни одно сооружение не выдерживает.

Модифицированная шкала Меркалли в Европе и США

12-балльная европейская макросейсмическая шкала, также известная как шкала интенсивности Меркалли, была разработана в начале XX века итальянским сейсмологом Джузеппе Меркалли. Шкала также основана на наблюдении за воздействием землетрясения на окружающую среду и созданные человеком сооружения, такие как здания, дороги и мосты.

В то же время, определения различных уровней интенсивности в MSK-64 и Европейской шкалы могут немного отличаться. Например, MSK-64 основывается на количестве повреждений зданий в конкретном районе, в то время как определение того же уровня интенсивности по Европейской макросейсмической шкале учитывает и степень подвижек грунта, и количество повреждений искусственных сооружений.

В США тоже используют модифицированную шкалу Меркалли (Modified Mercalli Intensity, MMI). Она также основана на комбинации инструментальных показаний и наблюдений за воздействием землетрясения на окружающую среду и искусственные сооружения и варьируется от 1 (не ощущается) до 12 баллов (полный ущерб), но была изменена, чтобы лучше отражать последствия землетрясений именно в Соединенных Штатах.

Японская шкала сейсмической интенсивности

Японское метеорологическое агентство (JMA) использует для измерения интенсивности землетрясений собственную шкалу сейсмической интенсивности, также известную как шкала Синдо. Шкала Синдо варьируется от 0 до 7 баллов и учитывает как показания приборов, так и наблюдения за воздействием землетрясения на искусственные сооружения и окружающую среду.

Шкала Синдо была названа в честь японского сейсмолога Кийо Синдо, который разработал шкалу в 1950-х годах. Шкала была разработана для отражения интенсивности землетрясений в Японии, где последствия землетрясений для сооружений могут значительно отличаться из-за уникальной географии страны и стиля строительства.

Измерение силы землетрясений

Сейсмологи постоянно наблюдают за подземными толчками. На основе этого они дают общую характеристику энергии упругих колебаний. Результаты фиксируются на основании шкалы магнитуд. Ее разработали в 1935 году. Есть несколько магнитудных шкал:

• локальная магнитуда;
• магнитуда, величина которой зависит от поверхностных волн;
• магнитуда, которая зависит от объемных волн;
• моментная магнитуда.

Шкала Рихтера представляет собой классификацию землетрясений по магнитудам. Она основана на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Шкалу предложил в 1935 году американский сейсмолог Чарльз Рихтер.

Землетрясения разной магнитуды по шкале Рихтера характеризуются следующим образом:

• 2,0 – самые слабые ощущаемые толчки;
• 4,5 – самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
• 6,0 – умеренные разрушения;
• 8,5 – самые сильные из известных землетрясений.

Качественную характеристику подземным толчкам дает интенсивность. Этот показатель также характеризует масштаб бедствий, которые произошли в результате землетрясения. Всего есть четыре шкалы интенсивности:

• в России – Медведева-Шпонхойера-Карника;
• в США – Меркалли;
• в странах Европейского союза – EMS (Европейская макросейсмическая шкала);
• в Японии – Японского метеорологического агентства (Shindo).

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника

Шкала Медведева-Шпонхойера-Карника – 12-балльная шкала интенсивности землетрясений. Ее изобрел в 1964 году советский геофизик Сергей Медведев. Землетрясение в четыре балла оценивается как интенсивное. Оно распознается по легкому дребезжанию окон и предметов, а при пятибалльном сотрясаются здания, появляются трещины в оконных стеклах и штукатурке на стенах. Сильнейшие или разрушительные землетрясения оцениваются в 8 баллов и выше.

Где чаще случаются землетрясения

В мире есть несколько районов, которые подвержены землетрясениям больше других.

Эти районы подвергаются более высокому риску землетрясений из-за наличия активных линий разломов и границ плит. Однако землетрясения могут произойти в любой точке мира, даже в районах, традиционно не считающихся подверженными высокому риску.

В 2023 году в Турции случилось крупнейшее с 1939 года землетрясение. Страна расположена на границе Африканской и Евразийской плит, которые сталкиваются и вызывают значительную тектоническую активность в регионе. Это приводит к высокой частоте землетрясений, в том числе средней и большой магнитуды. Западные и восточные регионы Турции особенно подвержены риску, а такие города, как Стамбул, Измир и Бурса, уязвимы к последствиям землетрясений. В связи с этим Турция предпринимает шаги по смягчению последствий землетрясений с помощью введения особых строительных норм, сейсмической модернизации зданий и планирования готовности к стихийным бедствиям.

Вероятность землетрясения в России зависит от конкретного региона. Некоторые части России, такие как полуостров Камчатка и острова Сахалин, расположены в сейсмически активных районах и подвержены более высокому риску землетрясений. Другие части России, такие как Северо-Европейская равнина, расположены в регионах с более низкой сейсмической активностью и подвержены меньшему риску.

Общая сейсмическая опасность в России считается от умеренной до высокой. В прошлом страна пережила несколько значительных землетрясений, включая Камчатское землетрясение 1952 года магнитудой 9,0 и Сахалинское землетрясение в Нефтегорске 1995 года магнитудой 7,5.

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра: ML = lgA + f, где f — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна A3 / 2, то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.

• Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.
• Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время, как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.

mb = lg(A / T) + Q(D,h)

где A — амплитуда колебаний земли (в микрометрах), T — период волны (в секундах), и Q — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра D и глубины очага землетрясения h.

Ms = lg(A / T) + 1,66lgD + 3,30

Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при

Каждый день происходят сотни и сотни землетрясений. Это же турецкое землетрясение составляет несколько сотен подземных толчков различной магнитуды. Считается, что ежедневно происходит около 10 000 землетрясений магнитудой от 2 до 2,9 (нет, нет очков, забудьте о баллах). Даже заметные землетрясения магнитудой до 6 (опять же не баллов) в год составляют где-то около 1000–1 500. Сильные землетрясения, магнитудой до 7 – 100–150 в год. С 7 до 7,9 – около 10–20 в год. Землетрясения от 8 до 8,9 происходят почти каждый год. Землетрясения магнитудой более 9 – это уже настоящая катастрофа, которая происходит каждые 10-50 лет.

Магнитуда землетрясения не всегда соответствует его разрушительной силе и количеству жертв. Факторов здесь очень много, начиная от глубины эпицентра до горных пород, численности населения местности, глубины водоемов и т.д.

Таким образом, самое мощное землетрясение за все время наблюдений — Великое чилийское или вальдивское землетрясение 1960 года, имело магнитуду 9,4-9,6 по канаморской шкале. Считается, что от 1000 до 6000 человек погибли от последствий этого землетрясения. Цунами разрушило даже побережья Японии и Гавайев, убив людей за тысячи километров от эпицентра. Среди последствий были извержения вулканов, оползни, наводнения и т.д.

Но самым смертоносным является гораздо более слабое землетрясение в Таншане (Китай) в 1976 году, с магнитудой всего 7,6. Землетрясение поразило густонаселенные районы Китая, и только по официальным данным, погибло 242 769 человек, еще 164 851 человек получили ранения. По независимым данным, погибло до 655 тысяч человек. Народ.

227 898 человек погибли в результате землетрясения в Индийском океане в 2004 году, большинство из них погибли в результате разрушительного цунами. Магнитуда этого землетрясения составила 9,1 балла по шкале Канамори.

Но Великое землетрясение на Аляске 1964 года, самое сильное землетрясение в Соединенных Штатах и второе по величине за всю историю наблюдений, имело магнитуду 9,2, но убило только 131 человека. Опять же, почти все, кроме 9 человек, погибших от подземных толчков, были унесены цунами. Если бы такое же землетрясение произошло, например, в Нью-Йорке, число жертв составило бы сотни тысяч человек.

Одно из самых известных землетрясений, в Сан-Франциско в 1906 году, имело магнитуду 7,9 по шкале Канамори, такое же, как и в Турции, убило от 700 до более чем 3000 человек и полностью разрушило город.

• 12-балльная сейсмическая шкала
• Шкала Японского метеорологического агентства

Признаки и особенности землетрясений

Эпицентры землетрясений с 1963 по 1998 год

NASA, DTAM project team / Wikimedia Commons

Признаками землетрясений являются не только показатели на специальных измерительных приборах. То, что скоро случатся подземные толчки, можно понять по окружающей обстановке. В небе появляются перистые облака в форме длинных полос, электроприборы начинают давать сбой, а в водных источниках уровень воды снижается. Также приближение землетрясения можно предугадать по запаху газа. Особенно актуально это для тех мест и районов, где ранее его не было.

Подземные толчки сопровождаются грохотом и гулом из недр. Погода при этом не меняется. При сильных землетрясениях лопаются стекла, падают предметы с полок шкафов, в станах домов появляются трещины.

Где обычно происходят землетрясения

На Земле есть три большие зоны, которые наиболее подвержены землетрясениям. Тихоокеанский пояс, который проходит вдоль почти всего побережья Тихого океана, считается наиболее активной зоной – здесь чаще всего происходят землетрясения (90% от всех общих на Земле). Также 5–6 % всех землетрясений происходит в Альпийском поясе. Он тянется от Индонезии до Средиземного моря. Кроме того, Срединно-атлантический хребет наиболее подвержен землятресениям.

В России сейсмически опасными считают следующие области:

• Алтай;
• Кавказ (особенно северная часть);
• Дальний Восток;
• гористые регионы Сибири (восточная часть);
• Сахалин;
• Курильские и Командорские острова.

Характеристики землетрясений

Землетрясения – подземные толчки и колебания земной поверхности. Каждый год на Земле их происходят сотни тысяч. Но из-за незначительной амплитуды землетрясения остаются незамеченными. У них есть своя характеристика, среди основных выделяют следующие:

• Глубина очага. Обычно находится в пределах от 10 до 30 км, но в некоторых случаях может быть значительно больше.
• Магнитуда. Характеризует общую энергию землетрясения и измеряется по шкале Рихтера от 0 до 9. Самые слабые толчки ощущаются при землетрясении с магнитудой 2.0. При 4,5 могут быть небольшие разрушения. При 6,0 колебание грунта будет в 10 раз сильнее, чем землетрясение с магнитудой 5,0 по той же шкале. По мнению ученых, землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9,0 на Земле не могут произойти.
• Интенсивность энергии на поверхности земли. Измеряется в баллах и зависит от многих факторов, в том числе магнитуды и глубины очага.

Шкалы величин

Во-первых, существует несколько типов величин и, (сюрприз), несколько шкал величин: локальная величина (наиболее известная как шкала Рихтера), величина поверхностных волн, величина объемных волн, моментная величина (шкала Канамори). Все шкалы величин являются логарифмическими, то есть нет никаких значений, даже точек. Это просто цифры.

Напомним, что логарифмическая шкала удобна для отображения очень больших диапазонов значений величин, кроме того, для многих органов чувств значение ощущения пропорционально логарифму воздействия. Например, экспозиции на фотографии имеют логарифмическую шкалу, уровень pH и мощность звука – тоже.

Локальная величина равна десятичному логарифму движения А (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра землетрясения плюс корректирующая функция, определяемая таблицей в зависимости от расстояния до эпицентра. То есть с учетом приближенной функции из корректирующей таблицы и предела расстояния – это не самое точное измерение.

Тем не менее, доработанная шкала Рихтера, которая уже содержит весь спектр измерений, до сих пор используется. И именно ее, не добавляя словесных точек, используют серьезные западные СМИ, но не всегда.

Вместо локальной магнитуды Рихтера сейсмологи предлагают использовать, особенно для мощных землетрясений, моментную магнитуду, в основе которой лежит понятие сейсмического момента. Он был предложен в 1977 году сейсмологом Хиро Канамори из Калифорнийского технологического института.

Моментная магнитуда характеризует количество энергии, выделяемой в эпицентре землетрясения, и пропорциональна логарифму максимальной амплитуды смещения частиц грунта, регистрируемой сейсмическими станциями. Математически это 2/3 разницы в логарифме сейсмического момента (модуль смещения пород (значение около 30 ГПа) по площади, на которой были зафиксированы геологические разломы, по среднему смещению по разломам) и коэффициент 9,05. Максимальная магнитуда землетрясения составляет около 10,6, что соответствует энергии от 10 до 19 градусов Эдгара Гувера. При такой величине земная кора должна развалиться на куски, и мы все умрем.

С 2002 года Геологическая служба США использует именно моментную магнитуду для оценки мощных землетрясений.

Существует формула для преобразования сиюминутной магнитуды землетрясения в тротиловый эквивалент. Например, недавнее землетрясение в Турции, магнитудой 7,9, имело энергию как взрыв примерно 15 миллионов тонн тротила, или 1 200 ядерных бомб, сброшенных на Хиросиму в 1945 году, но, напомним, именно энергия в эпицентре землетрясения, под землей, она имеет довольно относительную корреляцию с тем, как эти и другие конкретные здания ведут себя на поверхности.

Давайте упростим. Если вы не видите слова «точки» и видите дробную часть – это измеренная сила землетрясения, его магнитуда. Но по словам Рихтера или Канаморы – об этом сказать сложнее. Скорее всего, если магнитуда до 5 баллов – это Рихтер, выше – Канамори. Но это не точно.

Распространённые заблуждения

• Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2—3 балла.
• Магнитуда — безразмерная величина, она не измеряется в баллах.
• Правильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6.0», «землетрясение силой в 5 магнитуд по шкале Рихтера»
• Неправильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6 баллов», «землетрясение силой 6 баллов по шкале Рихтера».

А как насчет Украины?

Если посмотреть на карту крупнейших землетрясений за последние 100 лет, то легко увидеть, что их эпицентры расположены на стыках литосферных плит. Это логично: там, где одна пластина толкается или толкается к/к другой, происходит разряд избыточного напряжения из-за землетрясений.

И вот тут-то нам повезло. Украина расположена на Евразийской литосферной плите, самой толстой и почти самой большой из всех плит. Толщина земной коры по всей Украине составляет около 40 км, в отличие от 10 км для океанических плит. Более того, в центре нашей страны лежит украинский кристаллический щит – блок поднятия кристаллического фундамента Восточно-Европейской платформы. Кристаллический щит характеризуется уменьшенным тепловым потоком и повышенной (до 150 км) мощностью литосферы.

Ближайшие к нам плиты, которые принято рассматривать как составляющие Евразийского моря, Адриатического, Эгейского и Анатолийского морей. То есть это ближайшие к нам потенциальные зоны мощных землетрясений. На самом деле, ближайшим к нам районом, где были зафиксированы крупные землетрясения, является Румыния. Землетрясения в Крыму обычно менее мощные и происходят довольно редко.

Крупнейшим землетрясением в Украине являются крымские землетрясения 1927 года, которые обычно объединяются в одно сейсмическое событие. С июля по сентябрь 1927 года произошло не менее трех мощных подземных толчков, самый мощный, 11 сентября 1927 года, имел магнитуду 6,7. Были многочисленные оползни и оползни в горах, разрушение зданий, в том числе исторических памятников, в Алуште, Алупке, Севастополе и Симферополе. Погибло 12 человек. Отметим, что в то время Крым входил в состав РСФСР, такого в Украине не было!

Сейсмоактивной является так называемая зона Вранча на стыке Южных и Восточных Карпат. Самые мощные землетрясения в этой зоне произошли в Румынии – Карпатское землетрясение 1940 года магнитудой 7,7 (разрушено 65 000 домов, погиб 1 671 человек) и Вранчайское землетрясение 1977 года магнитудой 7,5 (1 700 погибших). Последнее землетрясение ощущалось даже в Киеве примерно на 4 балла по шкале МСК-64.

То есть, вы, наверное, уже поняли, Украина не является сейсмической зоной, все, что мы можем почувствовать, это отголоски и афтершоки от землетрясений в других зонах, с наибольшей вероятностью – в Румынии. В Карпатах могут быть небольшие землетрясения. Землетрясение в Крыму более вероятно, но за последние 100 лет там не произошло ни одного крупного тектонического события. 4-5 баллов за МСК-64 в Киеве в 1977, 1986, 1990, 2004 годах – либо «Распознается по легкому дребезжанию и колебаниям предметов, посуды и оконных стекол, скрипу дверей и стен» или «Общему сотрясению здания, колебаниям мебели; маятники часов останавливаются; трещины в оконных стеклах и штукатурке, хлопающие двери». То есть без разрушения зданий.

Как связаны магнитуда и разрушения на поверхности

Хотя магнитуда землетрясения и объем разрушений на поверхности земли коррелируют, будет неверно связывать их напрямую. Важно учитывать глубину очага землетрясения и другие параметры. Например, землетрясение, очаг которого находится на большой глубине, может очень слабо ощущаться на поверхности. Но землетрясение той же магнитуды с неглубоким очагом, может нести разрушительные последствия.